捷克科学家成为第一个观察到原子上不均匀电子电荷分布的人

直到现在，观察亚原子结构都超出了直接成像方法的分辨率能力，这似乎不太可能改变。然而，捷克科学家提出了一种方法，他们成为世界上第一个观察卤素原子周围不均匀电子电荷分布的方法，从而证实了一种理论上已预测但从未直接观察到的现象的存在。与对黑洞的首次观测相比，这一突破将有助于理解单个原子或分子之间的相互作用以及化学反应，并开辟了一条改进各种物理、生物和化学的材料和结构特性的途径。系统。这一突破将于周五发表在《科学》杂志上。

在广泛的跨学科合作中，来自奥洛穆茨帕拉茨基大学捷克先进技术研究所 (CATRIN)、捷克科学院物理研究所 (FZU)、捷克科学院有机化学和生物化学研究所的科学家们(IOCB 布拉格)和 VSB 的 IT4Innovations 超级计算中心 - 俄斯特拉发技术大学已经成功地显着提高了扫描显微镜的分辨率能力，几年前，它使人类能够对单个原子进行成像，从而超越原子水平到亚原子水平。现象。科学家们第一次直接观察到卤素元素单个原子上的不对称电子密度分布，即所谓的 sigma-hole。在这样做，

“确认理论上预测的 sigma-holes 的存在与观察黑洞没有什么不同，尽管广义相对论在 1915 年预测了黑洞，但直到两年前才被发现。FZU 和 CATRIN 理论和实验研究的领先专家 Pavel Jelínek 解释说，从这个意义上说，σ 孔的成像代表了原子水平上的一个类似里程碑并不过分。固体物质表面分子结构的物理和化学性质。

到目前为止，被称为 sigma-hole 的现象的存在已经通过具有卤素键的 X 射线晶体结构间接证明，这揭示了一个令人惊讶的现实，即一个分子的卤素原子与第二个氮或氧原子化学键合应该相互排斥的分子靠得很近，从而相互吸引。这一观察结果与这些原子携带同质负电荷并通过静电力相互排斥的前提明显矛盾。

这促使科学家们使用开尔文探针力显微镜检查卤素的亚原子结构。他们首先开发了一种描述开尔文探针原子分辨率机制的理论，这使他们能够优化成像 sigma 孔的实验条件。随后将实验测量和先进的量子化学方法相结合，取得了显着的突破——首次对非均匀电子密度电荷分布(即 sigma 孔)进行实验可视化，并最终确认了卤素键的概念。

“我们通过使用单个氙原子对尖端探针进行功能化，提高了开尔文探针力显微镜的灵敏度，这使我们能够观察溴化四苯甲烷分子内溴原子的不均匀电荷分布，即真实空间，并证实了理论预测，”

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